一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，包括取電機構與安裝臺。其中，取電機構通過安裝臺安裝于無人機底部，包括左夾持桿件與右夾持桿件，左夾持桿件與右夾持桿件具有弧形結構夾持體；當無人機飛行至輸電線位于兩夾持體間時，通過無人機下壓驅動連桿中的承載壓桿實現夾持體內弧面間對輸電線的夾持；此時感應線圈內產生交變電流，通過導線傳遞到無人機，經過變壓和整流可作為能源供無人機補充。當無人機充電完成后，控制無人機垂直起飛，承載壓桿復位，使夾持體間張開，松開電纜，無人機脫離輸電線。本發明采用模塊化設計思想，滿足不同大小、不同充電功率需求無人機使用；同時，本發明結構緊湊簡潔，有利于減小取電裝置的結構重量。
【專利說明】
一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置
技術領域
[0001]本發明屬于機械設計領域，為一種輸電線取電設備，具體為一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置。
【背景技術】
[0002]垂直起降無人機指的是可以完成垂直起飛降落任務的無人機系統，通常包括多旋翼類、直升機類、撲翼類、飛艇類等無人飛行器。由于此類無人飛行器具有可垂直起降、懸停等功能，具有飛行場地適應性好、可定點偵察監視等優勢。特別是多旋翼飛行器在民用領域正在發揮著越來越多的作用。但是由于飛行原理的限制，此類垂直起降無人機相比于固定翼飛機存在著能源消耗大的缺點，因此均面臨著續航時間短，飛行距離有限等問題，限制了進一步的廣泛應用。
[0003]在此背景下，設法提高無人機的飛行時間和飛行距離是當今研究的熱點。對于采用蓄電池提供能源的無人機，單方面提高蓄電池的容量會導致電池體積和重量的增加，使得飛行耗能的增加，飛機體積也會急劇增加，對飛行時間和飛行距離的提升并不明顯，并且也不適合小型化制作。因此需要設計一種適用于蓄電池提供能源無人機的可額外補充電能的裝置。當前實用的補充電能方式有太陽能電池，通過利用太陽能來增加飛機續航時間。但太陽能電池效率低，重量大，只能適用于大展弦比固定翼飛機，并不適用于本文所述的垂直起降無人機。因此，需要設計其他的補充能源的方法。
【發明內容】
[0004]針對上面提到的無人機補充能源的需要，本發明提出了一種采用模塊化設計的重力壓緊式輸電線感應取電裝置，可以實現無人機在輸電線上降落的同時補充電能。本發明采用模塊化設計的思想，可以滿足不同大小、不同充電功率需求無人機的使用。同時，本發明結構緊湊簡潔，有利于減小取電裝置的結構重量。
[0005]本發明一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，包括取電機構與安裝臺。
[0006]所述取電機構包括左夾持桿件與右夾持桿件，左夾持桿件與右夾持桿件具有弧形結構夾持體，通過下壓驅動連桿中的承載壓桿實現夾持體內弧面間對輸電線的夾持。上述夾持體內弧面開槽，槽內安裝感應線圈。承載壓桿的輸入端安裝于安裝臺上，安裝臺安裝于無人機底部。
[0007]當安裝有取電機構的無人機飛行到輸電線上空以后，根據輸電線的電磁信號和視頻圖像確定目標輸電線具體位置，隨后調整無人機飛行姿態，使取電機構的夾持軸與目標輸電線的軸線在同一鉛垂面內；此時控制無人機沿鉛垂方向始緩慢下降，當左夾持桿件與右夾持桿件的夾持體接觸到輸電線后，通過無人機繼續下降，由無人機的重力下壓承載壓桿，使左夾持桿件與右夾持桿件的夾持體將輸電線穩定夾持，進而使無人機相對輸電線間固定，實現無人機在目標輸電線上的著陸。由于輸電線上通過有交變電流，在輸電線周圍產生以其為圓心的環形交變磁場，感應線圈的平面垂直于交變磁場，此時在感應線圈內產生交變電流，此電流通過導線傳遞到無人機，經過變壓和整流可作為能源供無人機補充。當無人機充電完成后，控制無人機直接沿鉛垂方向起飛，此時通過承載壓桿與右夾持桿件間的扭力彈簧作用，使左夾持桿件與右夾持桿件的夾持體張開，通過無人機起飛的升力可以直接驅動取電機構自動松開輸電線，使無人機脫離輸電線。
[0008]本發明的優點在于:
[0009]1、本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，實現了無人機通過輸電線補充能源的功能；
[0010]2、本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，實現了無人機在輸電線補充能源的同時，機載任務系統可正常工作的功能；
[0011]3、本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，取電機構為機械自鎖，無需外置能源或電路驅動，壓緊動作與松脫動作與無人機著陸和起飛過程相融合，可靠性高；
[0012]4、本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，采用模塊化設計，滿足不同的無人機機體大小和取電功率需求；
[0013]5、本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，整體結構緊湊、簡潔，有利于減輕重量，提高可靠性，易于加工。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明取電裝置結構示意圖；
[0015]圖2為本發明取電裝置中取電機構結構示意圖；
[0016]圖3為取電機構結構爆炸圖；
[0017]圖4為取電機構中扭力彈簧安裝方式圖；
[0018]圖5為本發明取電裝置中取電機構的夾持軸設定位置示意圖；
[0019]圖6為兩個取電機構組合使用裝配關系示意圖；
[0020]圖7為三個取電機構組合使用裝配關系示意圖；
[0021 ]圖8為取電機構上限位軸安裝位置示意圖。
[0022]圖中:
[0023]1-取電機構2-安裝臺3-限位軸
[0024]101-承載壓桿102-連桿103-左夾持桿件
[0025]104-右夾持桿件105-扭力彈簧106-左感應線圈
[0026]107-右感應線圈108-夾持體109-驅動桿
[0027]110-夾持軸111-限位軸
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0029]本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，包括取電機構I與安裝臺2，如圖1所示。
[0030]所述取電機構I包括承載壓桿101、連桿102、左夾持桿件103、右夾持桿件104、扭力彈簧105、左感應線圈106和右感應線圈107，如圖2、圖3所示。其中，左夾持桿件103與右夾持桿件104結構相同，均為夾持體108與驅動桿109構成的一體結構;夾持體108為弧形板狀結構;驅動桿109為桿狀，一端與夾持體108端部相接，使兩根驅動桿109間具有一定間隙;且右夾持桿件104中的兩根驅動桿109間距小于左夾持桿件103中兩根驅動桿109間的間隙寬度。上述左夾持桿件103與右夾持桿件104中夾持體108內弧面相對設置，使右夾持桿件104中兩根驅動桿109由左夾持桿件103中兩根驅動桿109間穿過后，通過螺栓穿過左夾持桿件103和右夾持桿件104中的兩根驅動桿109與夾持體108相接位置開設的通孔后，將左夾持桿件103與右夾持桿件104間相連，形成轉動副A。取電機構I中左夾持桿件103與右夾持桿件104用來配合夾持輸電線，左夾持桿件103和右夾持桿件104中夾持體108內弧面涂有軟質防滑橡膠涂層，且開設有安裝槽，內部分別安裝有纏繞在線圈骨架上的左感應線圈106和右感應線圈107。
[0031]所述連桿102設置于左夾持桿件103中兩根驅動桿109之間，連桿102端部與右夾持桿件104中兩根驅動桿109端部通過螺栓相連，形成轉動副B;連桿102另一端與承載壓桿101一端間通過螺栓相連，形成轉動副C。
[0032]所述承載壓桿101用于傳遞無人機的重量至左夾持桿件103和右夾持桿件104。承載壓桿101設置于左夾持桿件103中兩根驅動桿109之間，承載壓桿101與左夾持桿件103中兩根驅動桿109端部間通過螺栓相連，形成轉動副D，連接位置靠近轉動副C處。承載壓桿101與左夾持桿件103之間安裝有扭力彈簧105，扭力彈簧105—端固定于承載壓桿101上，另一端固定于左夾持桿件103中的一根驅動桿109上，如圖4所示;且使扭力彈簧105的轉動中心與轉動副D的轉動軸線重合。通過扭力彈簧105使左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108之間保持一定的張開角度。承載壓桿101的輸入端安裝于安裝臺2上，安裝臺2安裝于無人機底部，實現取電機構I與無人機間的安裝。上述承載壓桿101的輸入端具有向左夾持桿件103傾斜角度，由此當無人機著陸在目標輸電線上時，通過輸電線位于左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108之間，隨后通過無人機的重力下壓承載壓桿101，使承載壓桿101逆時針轉動，拉動連桿102朝向右夾持桿件104移動，進一步由連桿102拉動右夾持桿件104的驅動桿109順時針轉動，最終帶動右夾持桿件104的夾持體108朝向左夾持桿件103的夾持體108移動，使左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108間閉合，將輸電線夾持。
[0033]上述的取電機構I，在進行取電時，具體方式如下:
[0034]當安裝有取電機構I的無人機飛行到輸電線上空以后，根據輸電線的電磁信號和視頻圖像確定目標輸電線具體位置，隨后調整無人機飛行姿態，使取電機構I的夾持軸110與目標輸電線的軸線在同一鉛垂面內；所述取電機構I的夾持軸110為預先測得的左夾持桿件103與右夾持桿件104中夾持體108夾持圓柱形截面電線后，電線的軸線，如圖5所示。此時控制無人機沿鉛垂方向始緩慢下降，當左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108接觸到輸電線后，通過無人機繼續下降，由無人機的重力下壓承載壓桿101，使左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108將輸電線穩定夾持，進而使無人機相對輸電線間固定，實現無人機在目標輸電線上的著陸。由于輸電線12上通過有交變電流I，在輸電線12周圍產生以其為圓心的環形交變磁場，左感應線圈106和右感應線圈107的平面垂直于交變磁場B，此時在左感應線圈106與右感應線圈107內產生交變電流i，此電流通過導線傳遞到無人機，經過變壓和整流可作為能源供無人機補充，在補充電能的同時無人機上其他機載設備也可以正常工作。當無人機充電完成后，控制無人機直接沿鉛垂方向起飛，此時通過承載壓桿101與右夾持桿件104間的扭力彈簧105作用，使左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108張開，右夾持桿件104逐漸恢復初始位置，由此通過無人機起飛的升力可以直接驅動取電機構I自動松開輸電線，使無人機脫離輸電線。
[0035]本發明中，當取電機構I在單獨使用時，將取電機構I的承載壓桿101固定安裝于安裝臺2上，如圖1所示，由安裝臺2將取電機構I安裝于無人機底部縱向對稱面內。通過調整安裝臺2的安裝位置使得無人機的重心位于取電機構I的夾持軸110正上方附近。
[0036]當采用兩個取電機構I時，將取電機構I的承載壓桿101固定安裝于安裝臺2上，如圖6所示，調整安裝臺2安裝位置，將2個取電機構I中部對稱面與無人機底部縱向對稱面內重合，并且無人機的重心位于夾持軸110正上方附近。此時兩個取電機構I中左夾持桿件103與右夾持桿件104采用同向安裝的方式，即承載壓桿101傾斜方向相同，承載壓桿101與安裝臺2底面夾角相等，且兩個取電機構I的夾持軸110同軸。
[0037]當采用取電機構I為兩個以上時，將全部取電機構I通過鉸接座與安裝臺2底面鉸接，如圖7所示，通過調整安裝臺2的位置，使得取電機構I的夾持軸110位于無人機底部縱向對稱面內，并且無人機的重心位于取電機構I的夾持軸110正上方附近。安裝臺2需要保證全部取電機構I的夾持軸110同軸。全部取電機構I中，相鄰的取電機構I分別設置在安裝臺2對側位置，反向設置，即承載壓桿101相對傾斜設置;且相鄰的取電機構I中左夾持桿件103與右夾持桿件104的夾持體108在垂直于夾持軸110的平面A上的投影中，上部具有重疊部分。為了確保安裝臺2上的取電機構I的夾持軸110同軸，本發明中在各個取電機構I中承載壓桿101與安裝臺2的鉸接軸下方安裝有限位軸111，如圖7、圖8所示，通過限位軸111限制承載壓桿101轉動，使在無外力作用時，各個取電機構I中的承載壓桿101與安裝臺2底面夾角相等。
[0038]上述各個取電機構I上的左感應線圈106與右感應線圈107可以通過串聯或并聯的方式組合，或采用多個取電電機構I進行輸電線的取電，以滿足不同無人機對電壓或電流需求。取電機構I上的左感應線圈106與右感應線圈107可以拆下，用于減輕重量，拆下左感應線圈106與右感應線圈107后的取電機構僅作為壓緊裝置。
[0039]經試驗證明，本發明模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，可以依靠自重穩定夾持在直徑為15_的輸電線上，滿足輸電線取電的需求。
【主權項】
1.一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:包括取電機構與安裝臺； 所述取電機構包括左夾持桿件與右夾持桿件，左夾持桿件與右夾持桿件具有弧形結構夾持體，通過下壓驅動連桿中的承載壓桿實現夾持體內弧面間對輸電線的夾持;上述夾持體內弧面開槽，槽內安裝感應線圈；承載壓桿的輸入端安裝于安裝臺上，安裝臺安裝于無人機底部。2.如權利要求1所述一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:所述左夾持桿件與有夾持桿件結構相同，包括夾持體與驅動桿;驅動桿為兩根，一端與夾持體端部相接;右夾持桿件中兩根驅動桿由左夾持桿件中兩根驅動桿間穿過后，通過螺栓穿過左夾持桿件和右夾持桿件中的兩根驅動桿與夾持體相接位置開設的通孔后，將左夾持桿件與右夾持桿件間相連，形成轉動副A;在左夾持桿件中兩根驅動桿之間設置連桿，連桿端部與右夾持桿件中兩根驅動桿端部通過螺栓相連，形成轉動副B;連桿另一端與承載壓桿一端間通過螺栓相連，形成轉動副C;承載壓桿設置于左夾持桿件中兩根驅動桿之間，承載壓桿與左夾持桿件中兩根驅動桿端部間通過螺栓相連，形成轉動副D，連接位置靠近轉動副C處;承載壓桿與左夾持桿件之間安裝有扭力彈簧，扭力彈簧一端固定于承載壓桿上，另一端固定于左夾持桿件中的一根驅動桿上。3.如權利要求1所述一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:取電機構為一個時，承載壓桿固定安裝于安裝臺上。4.如權利要求1所述一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:取電機構為兩個時，將取電機構的承載壓桿固定安裝于安裝臺上;此時兩個取電機構的夾持軸同軸。5.如權利要求1所述一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:取電機構為兩個以上時，將全部取電機構通過鉸接座與安裝臺底面鉸接;相鄰的取電機構分別設置在安裝臺對側位置，且全部取電機構的夾持軸同軸。6.如權利要求5所述一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:取電機構中承載壓桿與安裝臺的鉸接軸下方安裝有限位軸。7.如權利要求1所述一種模塊化重力壓緊式輸電線感應取電裝置，其特征在于:夾持體內弧面涂有軟質防滑橡膠涂層。
【文檔編號】H02J7/00GK105978166SQ201610430719
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】向錦武, 李道春, 姜家琦
【申請人】北京航空航天大學